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基于解析法CFD−DEM的烧结矿立式固定床气固接触特性

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工程科学学报 2024年第10期46卷 1753-1763页

作者：张宇李承志郭嘉敏张伟武汉科技大学材料学部武汉430081 武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室武汉430081 武汉科技大学钢铁冶金与资源利用省部共建教育部重点实验室武汉430081

烧结矿与冷却气体充分接触是实现烧结矿立式冷却工艺的关键.采用解析计算流体力学−离散元法(CFD−DEM)方法对烧结矿立式固定床的气固接触特性进行了研究,主要模拟了非规则烧结矿在固定床内的堆积过程,并采用浸没边界法和动态网格细化技... 详细信息

烧结矿与冷却气体充分接触是实现烧结矿立式冷却工艺的关键.采用解析计算流体力学−离散元法(CFD−DEM)方法对烧结矿立式固定床的气固接触特性进行了研究,主要模拟了非规则烧结矿在固定床内的堆积过程,并采用浸没边界法和动态网格细化技术获得颗粒表面的流场信息.结果表明,双粒径均匀混合料床的平均空隙率主要取决于小粒径颗粒,大粒径颗粒主要影响料床的大空隙结构及分布.“A型”偏析(中心区域堆积小粒径颗粒,近壁面区域堆积大粒径颗粒)料床压降显著低于均匀混合料床,但颗粒与气体接触不充分;“B型”偏析(偏析方式与“A型”相反)料床兼顾了低压降和气固充分接触的特点.料床实验压降与模拟压降随气体表观流速的变化趋势保持一致,验证了解析CFD−DEM方法的准确性.

关键词：计算流体力学−离散元法耦合计算浸没边界法网格细化烧结矿立式冷却气固接触

FeCoRE磁交换常数第一性原理计算和居里温度提高机制研究

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原子与分子物理学报 2025年第4期 162-168页

作者：李志伟朱颖丽罗港涛陈平安李享成武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室武汉科技大学高温电磁材料与结构教育部重点实验室

信息通讯和军事电子技术发展对磁性材料的高温磁性提出了越来越高的要求，研究高温环境下高效稳定工作的磁性材料具有重要意义.本文结合第一性原理和蒙特卡洛方法，研究了Fe、Co比例和稀土元素(Gd、Tb、Dy)掺杂对合金FeCo晶体结构、磁... 详细信息

信息通讯和军事电子技术发展对磁性材料的高温磁性提出了越来越高的要求，研究高温环境下高效稳定工作的磁性材料具有重要意义.本文结合第一性原理和蒙特卡洛方法，研究了Fe、Co比例和稀土元素(Gd、Tb、Dy)掺杂对合金FeCo晶体结构、磁交换常数和高温磁性的影响.结果表明随着Co含量增加，合金晶体结构从体心立方向简单和面心立方转变，当Co含量为50%时，Fe-Co键长最短，最近邻磁交换常数从18.05 meV增加到30.03 meV,使FeCo的居里温度提高到1580 K,相比于Fe的居里温度增幅达到60%.将稀土元素掺入FeCo体系后，发现3.125%含量Er、Dy、Tb的掺杂对合金FeCo居里温度分别有60K、45K和20K的提高，电子构型重构导致强的稀土元素与Fe和Co之间的交换作用是居里温度提升的主要原因.

关键词：高温磁性第一性原理蒙特卡洛磁交换常数

基于生成对抗网络的跨分辨率拓扑优化方法的比较研究

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振动与冲击 2024年第6期43卷 132-140页

作者：朱赫鹏丁喆张严李小白武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081 武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学精密制造研究院武汉430081

拓扑优化的迭代过程涉及大量有限元分析与灵敏度更新步骤,且随着划分网格数目的增加,其优化过程将耗费大量的计算成本。利用深度学习方法,通过建立低分辨率中间构型与高分辨率拓扑结构之间的映射关系,可实现结构的跨分辨率拓扑优化设计... 详细信息

拓扑优化的迭代过程涉及大量有限元分析与灵敏度更新步骤,且随着划分网格数目的增加,其优化过程将耗费大量的计算成本。利用深度学习方法,通过建立低分辨率中间构型与高分辨率拓扑结构之间的映射关系,可实现结构的跨分辨率拓扑优化设计,从而大幅提高其计算效率。该文基于两种不同的生成对抗网络,构建了可实现跨分辨率预测的拓扑优化方法,并将其扩展至三维结构的优化预测。首先,以柔顺度最小化为目标函数,利用各向同性材料惩罚法生成不同载荷条件、初始位移和体积分数下的优化结构数据集;然后,分别利用Pix2pix和Esrgan网络解决其跨分辨率预测问题,其中对于Pix2pix网络,使用了残差模块代替其生成器内部的卷积模块,以增强网络对低层信息的复用;最后,通过二维和三维算例验证了所提方法的有效性,并与现有基于CGAN(conditional generative adversarial network)网络的方法进行了比较研究。结果表明,综合考虑计算精度和计算效率,基于Esrgan网络的方法表现更优,最适合应用于跨分辨率拓扑优化设计。

关键词：拓扑优化柔顺度跨分辨率预测 Pix2pix Esrgan

碳纤维热氧化对其在铝碳耐火材料中结构演变与使用效果的影响

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硅酸盐学报 2024年第6期52卷 2107-2117页

作者：王玉龙王周福王玺堂刘浩马妍董云洁武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室武汉430081

以白刚玉和活性氧化铝粉为主要原料、鳞片石墨与炭黑为碳源、碳化硼与单质硅粉为添加剂、短切碳纤维为增强体制备了铝碳耐火材料。利用场发射扫描电子显微镜研究了材料中碳纤维与单质硅反应后发生的结构演变。结合三点弯曲法和单轴压缩... 详细信息

以白刚玉和活性氧化铝粉为主要原料、鳞片石墨与炭黑为碳源、碳化硼与单质硅粉为添加剂、短切碳纤维为增强体制备了铝碳耐火材料。利用场发射扫描电子显微镜研究了材料中碳纤维与单质硅反应后发生的结构演变。结合三点弯曲法和单轴压缩法研究了材料不同温度下的力学性能,采用水淬冷法研究了材料的抗热震性能,采用单边切口梁法研究了材料的抗断裂性能。结果表明:热氧化可以有效对碳纤维表面进行改性,从而影响到碳纤维的结构演变与使用性能;合适的热氧化处理可使碳纤维在铝碳耐火材料中发挥显著的增强作用,加入500℃热氧化的碳纤维后,铝碳耐火材料的常温抗折强度、常温耐压强度和高温抗折强度相比于对照材料分别提高了28.2%、22.4%和87.2%(材料1 400℃热处理后)。另外,引入热氧化碳纤维也能对铝碳耐火材料的抗热震性能与抗断裂性能产生影响。

关键词：热氧化短切碳纤维铝碳耐火材料增强作用抗热震性

激光熔覆NbMoTaWV难熔高熵合金涂层的高温氧化行为

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材料导报 2024年第10期38卷 182-189页

作者：陈飞寰蔡召兵董颖辉林广沛张坡卢冰文古乐武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081 武汉科技大学精密制造研究院武汉430081 广东省科学院新材料研究所现代材料表面工程技术国家工程实验室广州510650

难熔高熵合金涂层是近年来高熵合金领域的研究热点,有望成为未来重要的高温结构和功能材料。本工作采用激光熔覆技术制备了NbMoTaWV难熔高熵合金涂层,研究了其在800℃下的高温氧化行为,重点分析了不同氧化时间(10、20、30、50、100 h)的... 详细信息

难熔高熵合金涂层是近年来高熵合金领域的研究热点,有望成为未来重要的高温结构和功能材料。本工作采用激光熔覆技术制备了NbMoTaWV难熔高熵合金涂层,研究了其在800℃下的高温氧化行为,重点分析了不同氧化时间(10、20、30、50、100 h)的NbMoTaWV难熔高熵合金涂层组织结构演变、显微硬度变化及界面元素扩散行为。实验结果表明:NbMoTaWV难熔高熵合金涂层主要由Fe_(7)Ta_(3)型HCP固溶体相、(Fe, Ni)基体相及未熔高熵合金粉末相组成,而经不同时间氧化处理后,涂层表面生成了以Fe_(2)O_(3)和Fe_(3)O_(4)为主的氧化物相。800℃高温氧化处理后,NbMoTaWV高熵合金涂层内部组织结构变化不大,仅部分氧元素扩散进入到涂层内部。高温氧化导致NbMoTaWV难熔高熵合金涂层的显微硬度有所提升,但随着氧化时间的延长,NbMoTaWV难熔高熵合金涂层的显微硬度呈现出先增加后降低的趋势,且当氧化时间为20 h时,其显微硬度达到最大,这与高温扩散所导致的固溶强化有关。同时,TG-DSC证实了NbMoTaWV难熔高熵合金涂层在800℃具有优异的高温稳定性。

关键词：激光熔覆 NbMoTaWV 难熔高熵合金涂层高温氧化高温稳定性

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木质纤维素气凝胶制备及阻燃改性

化学进展 2024年第04期36卷 586-600页

作者：王爽张鑫孙苗段红娟张海军李少平武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室湖北三峡实验室

木质纤维素气凝胶具有密度低、孔隙率高、导热系数低等优异性能，被广泛应用于保温隔热、吸附、催化、电磁屏蔽和生物医学等领域。同时木质纤维素也是一种生物基材料，具有绿色、无污染、可再生和可持续的特点。本文首先综述了木材基纤... 详细信息

木质纤维素气凝胶具有密度低、孔隙率高、导热系数低等优异性能，被广泛应用于保温隔热、吸附、催化、电磁屏蔽和生物医学等领域。同时木质纤维素也是一种生物基材料，具有绿色、无污染、可再生和可持续的特点。本文首先综述了木材基纤维素和农作物废弃物基纤维素气凝胶的最新研究进展，然后综述了冷冻干燥、超临界干燥和常压干燥制备木质纤维素气凝胶的研究现状。其次，针对木质纤维素气凝胶普遍存在的易燃问题，详述了提高木质纤维素气凝胶阻燃性能的常用方法。最后，提出了木质纤维素气凝胶制备及性能方面存在的主要问题，并对该领域未来的发展方向进行了展望。

关键词：气凝胶木质纤维素干燥技术阻燃性能

普通烧结镁砂骨料中杂质相对镁碳耐火材料抗热震性和高温断裂行为的影响

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硅酸盐学报 2024年第6期52卷 2094-2106页

作者：汪超李亚伟徐小峰陈启龙王官正武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室高温材料与炉衬技术国家地方联合工程研究中心武汉430081

镁碳砖是炼钢过程中重要的耐火材料之一。为进一步提高其抗热震性,本文利用普通烧结镁砂存在少量低熔点相特性,在镁碳材料制备过程中部分替代电熔镁砂骨料,使之在服役条件下(1 000~1 700℃)材料基体内产生局部液相,缓解材料中应力集中... 详细信息

镁碳砖是炼钢过程中重要的耐火材料之一。为进一步提高其抗热震性,本文利用普通烧结镁砂存在少量低熔点相特性,在镁碳材料制备过程中部分替代电熔镁砂骨料,使之在服役条件下(1 000~1 700℃)材料基体内产生局部液相,缓解材料中应力集中的问题。结果表明:经1 000℃热处理后镁碳材料内普通镁砂骨料保持完整;温度升至1 400℃,部分普通镁砂骨料中的杂质溶出并向周围基质中扩散,骨料瓦解呈多孔结构。此外,基质内因单质硅的引入,除形成大量的晶须状和颗粒状Mg_(2)SiO_(4)相外,还出现了Si C晶须;1 600℃热处理时,杂质溶出扩散加剧,基质中存在颗粒状Mg2SiO4相和Si C晶须。上述材料在高温下的结构变化,提高了材料的强度,甚至高温抗折强度,改善了材料的抗热震性能。高温劈裂实验表明,烧结镁砂的孔隙结构缓解了应力集中,而1 400℃条件下液相的形成促进了烧结和基质中晶须的形成,增加裂纹沿骨料–基质界面扩展的比例,最终导致材料的断裂能和抗热震因子增加。

关键词：镁碳耐火材料普通烧结镁砂显微结构演变抗热震性断裂行为

基于开口谐振环结构S频段宽带极化不敏感能量选择表面设计

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微波学报 2024年

作者：程用志王东李南赵京城罗辉陈浮李享成武汉科技大学信息科学与工程学院武汉科技大学高温电磁材料与结构教育部重点实验室武汉科技大学冶金自动化教育部工程研究中心北京航空航天大学电子信息工程学院武汉科技大学耐火材料与冶金国家重点实验室

面对复杂的高功率电磁环境，现有大多数能量选择表面（ESS）不能同时对TE、TM极化波进行防护。针对此类问题本文设计了一种用于屏蔽高功率微波的S频段极化不敏感ESS。该ESS基本单元由外围四个方形开口谐振环（SRR）与四个PIN二极管连接... 详细信息

面对复杂的高功率电磁环境，现有大多数能量选择表面（ESS）不能同时对TE、TM极化波进行防护。针对此类问题本文设计了一种用于屏蔽高功率微波的S频段极化不敏感ESS。该ESS基本单元由外围四个方形开口谐振环（SRR）与四个PIN二极管连接的十字形（CS）复合结构和FR-4介质层组成。基于全波电磁分析法和等效电路模型对复合结构参数进行优化并分析其传输特性。仿真结果表明，在工作频段内，该ESS的插入损耗小于1 dB，屏蔽效能超过20 dB。通过表面电场、电流分布和模拟空间电场的分析进一步阐述了其工作机制。电磁仿真研究了不同结构参数和不同极化模式斜入射角度对传输性能的影响，结果表明，在TE和TM极化波入射下，ESS具有良好的极化不敏感性和宽角度稳定性。此外，制备的样品采用波导测试法进行了测试，测量结果与仿真结果基本吻合。本文设计的双极化ESS结构在高功率微波和天线罩保护领域展现出巨大的应用潜力。

关键词：能量选择表面极化不敏感高功率微波开口谐振环

NH_(2)-UiO-66/PyPD-COF异质结构筑及高效光催化产氢

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功能材料 2024年第1期55卷 1141-1150页

作者：吴海洋张楠琦牟迪何漩杜星王大珩方伟陈辉李薇馨赵雷武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室武汉430081

有机框架化合物因分子水平结构可控、大的比表面积、高孔隙率、分散的化学活性位点以及良好稳定性等优点,在光催化解水制氢方面具有较大的应用潜力。采用溶剂热法,在共价有机框架PyPD-COF的合成过程中引入金属有机框架NH_(2)-UiO-66,原... 详细信息

有机框架化合物因分子水平结构可控、大的比表面积、高孔隙率、分散的化学活性位点以及良好稳定性等优点,在光催化解水制氢方面具有较大的应用潜力。采用溶剂热法,在共价有机框架PyPD-COF的合成过程中引入金属有机框架NH_(2)-UiO-66,原位形成NH_(2)-UiO-66/PyPD-COF异质结。通过TEM、EDS、XPS、FTIR、UV-Vis和光电流测试分析,光催化性能测试等手段对样品进行表征,构筑的NH_(2)-UiO-66/PyPD-COF异质结不仅可以保留原始MOF及COF组分的优良特性,还可在异质界面形成键连,利于促进界面间电荷迁移,降低电子-空穴复合率,提升光催化产氢效率至20.68 mmol·h^(-1)·g^(-1),分别为原始NH_(2)-UiO-66和PyPD-COF的86倍和3倍。同时,界面处的共价键键连使得复合样品具有良好的制氢稳定性,这为构筑高效光催化分解水产氢异质结光催化剂提供了一种新的策略。

关键词： NH_(2)-UiO-66 PyPD-COF 异质结原位生长光催化产氢